Усовершенствование школьного демонстрационного эксперимента как средства улучшения преподавания физики

«Усовершенствование школьного демонстрационного эксперимента как средства улучшения преподавания физики»
Предмет физики своеобразный в том плане, что изучение его предполагает обязательные демонстрации на уроке, постановку физического эксперимента, решение задач, имеющих практическое направление. На фоне наблюдающегося спада интереса к изучению предмета, сказанное становится более актуальным. Поэтому учителя физики всё чаще прибегают к использованию самодельного оборудования, занимаются модернизацией и ремонтом имеющегося.
Я хочу поделиться опытом использования на уроках физики старых списанных телевизоров, имевших торговое название «Рассвет», «Рекорд» и т.д. В технической литературе они известны как УНТ-35.
(Унифицированный настольный телевизор с диагонального экрана 35см).
Небольшие размеры и масса, удобная конструкция позволяют использовать его успешно на уроках физики. Прежде всего, необходимо помнить, что из электронно-лучевой трубки выкачан воздух, и использовать для демонстрации её в таком виде нельзя. Поэтому в начале необходимо снять только заднюю крышку и не вынимая телевизор из корпуса, снять разъём с ЭЛТ. Затем металлическим предметом с расстояния не менее 1м необходимо слегка ударить по горловине кинескопа, где находятся выводы. Характерный хлопок будет свидетельствовать о том, что герметичность кинескопа нарушена, и опасности теперь он не представляет. После чего телевизор можно вынуть из корпуса, снять переключатель телевизионных каналов (ПТК), вырезать ненужные провода, очистить от пыли, и вы получите модель, которая позволит разнообразить уроки физики, окажет помощь при изучении многих тем.
Изучая устройство электронно-лучевой трубки, ребята навсегда запомнят, что это основной элемент телевизора и осциллографа. Изучая силу Лоренца, электронные пучки, необходимо показать отклоняющую систему ЭЛТ, предварительно сняв её с горловины кинескопа. Никакой абстрактный громкоговоритель не запомнится детям так, как тот, который установлен на передней стенке телевизора. Показать его необходимо изучая силу Ампера.
При изучении зависимости сопротивления проводников и полупроводников от температуры, можно показать отклоняющую систему ЭЛТ, обмотки которой выполнены из медного провода, к которым подключен терморезистор. Объясняем детям, что сопротивление терморезистора при нагревании уменьшается, а обмотки, выполненной из медного провода - увеличивается. Учитывая то, что включены они последовательно, общее сопротивление цепи остаётся неизменным. Этот способ применяется для стабилизации параметров изображения.
В 10 классе, при изучении темы «Проводники в электростатическом поле», полезно будет показать алюминиевые колпачки, одетые на контурные катушки и некоторые электронные лампы. Применяются они для защиты от внешних электрических полей. Целую колодку из 8 полупроводниковых диодов можно показать детям и напомнить что основное свойство диода – односторонняя проводимость используется для выпрямления переменного тока. В устройстве можно найти трансформаторы (силовой, кадровый, строчный, звуковой), показать ребятам различные типы конденсаторов, переменных и постоянных резисторов.
Помимо этого, данная модель позволяет решать много задач, условия для которых можно брать, используя надписи на радиоэлементах.
Так на трансформаторе звука (ТВЗ) написано: n1 = 1550 витков.
n2 =350 витков.
Предлагаю найти коэффициент трансформации. Надпись там - же:
L=2,2 Гн, позволяет решить задачу: найти резонансную частоту первичной обмотки звукового трансформатора, если параллельно ей включен конденсатор ёмкостью 2200 пФ. При изучении конденсаторов предлагаю ребятам по надписям (электроемкость и рабочие напряжение) найти заряд и энергию выбранного конденсатора. На регуляторе громкости (переменный резистор) написано: 47 к0м; 0,5 Вт. Необходимо найти максимальное напряжение, которое можно подать на резистор и ток, который через него может течь.
При изучении законов постоянного тока, устройства вакуумных
приборов, можно предложить задачу на нахождение мощности, потребляемой телевизором для разогрева катодов ламп. Для этого необходимо количество ламп (n=14), умножить на напряжение накала (6,3B) и средний потребляемый ток (i= 200мА).
Такими расчётами можно показать экономическое преимущество полупроводниковых приборов перед вакуумными. Зная ускоряющее напряжение (16кВ) которое попадаётся на анод кинескопа и измерив расстояние от электронной пушки до экрана, можно рассчитать время, за которое электроны проходя это расстояние. Это далеко не полный перечень того, как эту модель можно использовать на уроках физики.
20828001222375Многолетний опыт работы учителем убеждает в том, что при внимательном изучении многих бытовых приборов, электронных устройств, можно найти много интересного и полезного, что можно показать детям на уроках физики.

Зачастую постановке демонстрационного эксперимента мешает отсутствие необходимого оборудования, его изношенность или моральное старение. Если вы умеете обращаться с паяльником и отверткой, я вкратце поделюсь опытом того, как своими руками переделать блок питания списанного персонального компьютера в лабораторный источник питания.
Такой блок питания есть в каждом системном блоке. Это полноценный импульсный преобразователь напряжения, который вырабатывает постоянное напряжение +5, +12, -12,- 5 Вольт из переменного сетевого напряжения 220 Вольт, с системой защиты от короткого замыкания.
Сразу необходимо обратить внимание на то, что в первичных цепях сетевого импульсного источника имеются напряжения, опасные для жизни, поэтому необходимо помнить о технике безопасности при обращении с электрическим током. Схемы блоков питания компьютеров очень похожи (Разница, пожалуй, в мощности: 200 – 600 Вт), поэтому рекомендации по переделке будут общими.
И так, всё по порядку:
Вскройте кожух блока питания (4 винта).
Отрежьте или отпаяйте от платы все шлейфы кабелей. Лишним является:
Переключатель 220 / 110В с его проводами. Эти провода просто нужно отпаять от платы. При этом наш блок всегда будет работать от напряжения 220В, что устраняет опасность его сжечь при случайном переключении этого переключателя в положение 110В.
Исключение сделайте для пар: «желтый, черный» (12 вольт), «красный, черный» (5 вольт). В силу конструктивных особенностей, блок питания без нагрузки на 5-ти вольтовую шину не включится, поэтому подключим к ней мнимую нагрузку (6 вольтовая лампа накаливания). Она же будет использоваться в качестве индикаторной лампы и обеспечивать стабильность выходного напряжения на холостом ходу.
Зеленый провод (в моём БП на плате он обозначен «R/C») следует закоротить на «массу». Я припаял его на место, где ранее отпаял черные «массовые» провода.
Теперь необходимо доработать корпус устройства: просверлить в нём по бокам несколько дополнительных отверстий для вентиляции, установить колодку с винтовыми аудио разъёмами, индикаторную лампу, тумблер, прикрепить ножки. Пару проводов «жёлтый, черный» присоединяем к колодке 12 Вольт (чёрный минус), « красный, чёрный» к колодке 5 Вольт. Вот и всё: оденьте металлический кожух, сделайте необходимые надписи и блок питания готов. Такой источник тока используется в кабинете физики на протяжении восьми лет и позволяет решать многие вопросы, связанные с электропитанием устройств при постановке демонстрационных экспериментов.
15240805815

Для демонстрации полупроводникового эффекта в графите, я подключаю графитовый стержень от карандаша, соединённый последовательно с демонстрационным гальванометром с шунтом на ЗА и выпрямитель ВС 4-12. При замыкании цепи амперметр показывает наличие в ней тока. Становится ясно, что графит-проводник. При изменении температуры (нагревании) стержня показания амперметра меняются, причем по мере нагревания стержня проходящим по нему электрическим током они
Для проведения ряда опытов при изучении явления электромагнитной индукции, механических колебаний, звуковых волн, наряду с описанными в книге «Демонстрационной эксперимент по физике в средней школе» (под ред. А.А.Покровского. Т. 2. -М.Просвещение 1979г.) я использую головной телефон ТОН-2 со снятой мембраной. Сопротивление его 1600Ом, позволяет подключить его к любому устройству (УНЧ, осциллограф, счетчик импульсов). Действие датчика основано на явлении электромагнитной индукции. Так если над магнитом находится движущееся ферромагнитное тело (струна, ножка камертона и т.д.) то в катушке возникает ЭДС индукции. Её мгновенное значение пропорционально скорости движения тела относительно катушке с магнитом. Если тело совершает гармонические колебания то значение ЭДС, так же как и скорость колеблющегося тела, изменяется по гармоническому закону.
Для демонстрации явления самоиндукции я использую две дроссельные катушки и сердечник от универсального трансформатора, соединенные последовательно с лампочкой 3,5В, 0,28А, через ключ к источнику тока (выпрямитель ВС 4-12). Обе катушки необходимо одеть на сердечник, предварительно немного подточив боковые щёчки катушек. Если магнитные поля катушек согласованы по направлению, то при замыкании цепи задержка в зажигании лампочки становится ощутимо заметной. Если же изменить подключение одной из катушек на противоположное, учащиеся убеждаются, что при замыкании цепи лампочка загорается сразу, что подтверждает тот факт, что электрическое поле практически мгновенно распространяется вдоль проводника любой формы и длины.
При изучении законов геометрической оптики хорошие результаты получаются при использовании «Лазерной указки». На демонстрационном приборе для изучения законов геометрической оптике вместо штатного осветителя закрепляем лазерную указку. Демонстрация успешно проходит даже в хорошо освещенной комнате. При необходимости можно установить вместо одной указки – две, чтобы получить параллельно идущие лучи.
Чтобы показать детям действие очков, я использую линзу (4дптр), расположенную перед экраном на расстоянии 30см. Лампу устанавливаю так, чтобы на экране получилось четкое уменьшенное изображение нити накала. Эта система демонстрирует действие нормального глаза. Роль сетчатки выполняет экран. Достаточно на 0,5-1см приблизить линзу к экрану, мы видим размытое изображение. Чтобы на сетчатке получить резкое изображение, надо либо удалить от глаза рассматриваемый предмет, либо поместить между глазом и предметом собирающую линзу (очки). Установив вторую линзу (2,5дптр) между лампой и первой линзой на расстоянии 55см от нее, опять получаем четкое изображение, что демонстрирует принцип действия очков.
Чтобы выделить некоторый объем, свободный от магнитного поля, прибегают к магнитному экранированию. Оно основано на том, что железо, внесенное в магнитное поле, намагничивается. В результате сложения намагничивающего поля и поля, образованного намагниченным железом, можно получить ограниченные области пространства, совершенно свободные от магнитного поля. Для демонстрации магнитной защиты существует несколько способов, каждый из которых не лишен недостатков. Наглядно и убедительно магнитную защиту я показываю с применением вольтметра переменного тока электромагнитной системы 3421. Для этого снимаю металлический защитный корпус с вольтметра и к нижней части его подношу керамический магнит. Демпферная система вольтметра устроена таким образом, что равнодействующая сил, действующих со стороны магнитного поля на него не равна нулю и стрелка прибора отклоняется до середины шкалы. Естественно, показания такого прибора, если его включить в цепь будут искажены за счет действия внешнего магнитного поля. Если на прибор одеть кожух, магнитное поле на показания прибора никакого влияния оказывать не будет.
Существует достаточно много доступных и эффективных способов демонстрации экранирования различных приборов от воздействия внешнего электрического или электромагнитного поля. Известно, что на металлическом проводнике, помещенном в электрическое поле, заряды распределяются по поверхности и напряженность поля внутри проводника равна нулю. Эффект экранирования я демонстрирую так: мобильный телефон заворачиваю в алюминиевую фольгу и кладу на стол. Кого то из класса прошу позвонить по указанному номеру. Абонент не доступен. Если с телефона снять фольгу, он по прежнему продолжает работать. Фольга в нашем случае выступает в роли экрана, через который электромагнитное поле не проникает.
Известный опыт, показывающий роль среды в передаче звука, предполагает использование электрического звонка помещенного под колокол воздушного насоса. Я заменил звонок громкоговорителем на подставке типа 0,1ГД- 28 или ему подобному, а источник тока – звуковым генератором ГЗМ. Когда воздух откачиваем - звук ослабевает . Это позволяет сделать вывод: распространение звука зависит от свойств среды.
Для хранения соединительных проводов со стальными наконечниками я использую керамические магниты (от пришедших в негодность громкоговорителей). Магниты закрепляются в удобном месте и позволяют хранить не только провода, но и мелкие металлические детали.
Много занимательных опытов можно показать при изучении темы «Атмосферное давление». Я использую двояковыпуклую линзу из комплекта наливных линз типа ЛПН -1. Закрыв пробкой нижнее отверстие заполняю ее водой, после чего закрываю верхнее отверстие. Для демонстрации действия атмосферного давления открываю сначала нижнее отверстие (вода из линзы не выливается), затем верхнее (вода начинает вытекать).
Известно, что для успешного проведения многих опытов по электродинамике (явление электромагнитной индукции, правило Ленца и т.д ) необходимы хорошие постоянные полосовые магниты. Однако свойства полосовых магнитов часто не отвечают требованиям, необходимым для проведения демонстрации. При резких ударах, длительном хранении в паре с несоблюдением полярности, индукция магнитного поля заметно уменьшается, а зачастую происходит даже переполюсовка. Воcстановить свойства магнита можно если поместить его в сильное внешнее магнитное поле. С этой целью была собрана установка, состоящая из катушки и блока питания. Катушка выполнена на полом круглом каркасе, обеспечивающем свободное прохождение через него полосового магнита. Обмотка сделана из провода ПЭЛШО-1,5, рассчитанная на максимальный ток до 50 А. Можно использовать готовую катушку от втягивающего реле стартера автомобиля марки ГАЗ. Блок питания состоит из трансформатора и выпрямителя собранного по двухполупериодной схеме на диодах Д-242. Малое внутреннее сопротивление диодов, отсутствие схем коммутации, позволяет выпрямителю обеспечивать ток до 20 А при напряжении 12 В. Для восстановления магнита, необходимо катушку, соблюдая полярность подключить к блоку питания и в течении 3-4с. протянуть магнит через отверстие катушки с учетом полюсов магнита, в направлении, указанном на катушке (N). В случае необходимости процедуру восстановления можно повторить.
В случае отсутствия хорошего полосового магнита, особенно для демонстрации направления индукционного тока (правило Ленца), я использую дугообразный постоянный магнит из прибора для демонстрации вихревых токов и принципа действия спидометра «Диск 4710». В силу своих конструктивных особенностей такой магнит позволяет получить эффектную демонстрацию. Хорошие результаты получаются и при использовании дугообразного постоянного магнита от списанного демонстрационного гальванометра.